被灌介质强度增长机理

地基灌浆的目的为∶

（1）改良土和岩石的现有性质；

（2）根本上改变岩土的物理化学性，从而在被灌范围内产生一种新的物质。

灌浆之所以能达到上述目的，主要依靠下述三种作用∶

1.化学胶结作用。不管是水泥浆或化学浆，都具有能产生胶结力的化学反应，把岩石或土粒连结在一起，从而使岩土的整体结构得到加强。

2.惰性填充作用。填充在岩石裂隙及土孔隙中的浆液凝固后，因具有不同程度的刚性而能改变岩层及土体对外力的反应机制，使岩土的变形受到约束。

3.离子交换作用。浆液在化学反应过程中，某些化学剂能与岩土中的元素进行离子交换，从而形成具有更加理想物质的新材料。

根据灌浆实践经验及室内试验研究可知，被灌介质强度的增长是一种受多种因素制约的复杂的物理化学过程，除灌浆材料外，下述几个因素对上述三种作用的发挥起着重要的作用∶

1.浆液与界面的结合形式

如前面所述，化学胶结作用对被灌介质强度的增长具有决定性的影响，因而灌浆时除了要采用强度较高的浆材外，还要求浆液与介质接触面具有良好的接触条件。

然而在实际工程中，自然条件复杂多变，浆液与介质的接触往往很不理想。图3-13-28为浆液与界面的几种典型结合型式，可用来说明接触条件的重要性。对于某些不良的边界条件，不采取有效的工艺措施，就会使浆液与介质的整体强度受到削弱。

（1）介质表面无其它物质粘附，而且浆液完全充填孔隙或裂隙（图3～13-28a）。在这种条件下，浆液与界面将能牢固地结合，并获得比较理想的整体加固效果；

（2）浆液虽然填满孔隙或裂隙，但两者之间存在着一层连续的水膜，使浆液未能与岩土界面牢固地结合（图3-13-286），因而难于获得理想的整体加固强度；

（3）浆液也充满了孔隙或裂隙，但两者被一层软土隔开（图3-13-28c），而且浆液未曾渗入到土孔隙内，从而使整体加固强度大大降低；

（4）浆液仅局部地充填孔隙或裂隙（图3-13-28d），介质仅受到局部的胶结作用，地基不论在强度、透水性和变形性等方面都无多大改善。

由此可知，提高浆液对孔隙或裂隙的充填程度及对界面的结合能力，也是使介质强度增长的重要因素。

2.浆液饱和度

裂隙或孔隙被浆液填满的程度，称为浆液饱和度。一般饱和度越大，被灌介质的强度也越高。图3-13-28a的饱和度为100%。6及d则属于不饱和充填，后者孔隙中充填的可能是水，也可能是空气。

不饱和充填可能在饱水孔隙、潮湿孔隙或干燥孔隙中形成，原因则可能有多种，灌浆工艺欠妥可能是关键因素，例如用不同的灌浆压力和不同的灌浆延续时间，所得灌浆结果就不一样。表3～13-19为采用不同的灌浆工艺在砂中灌注硅酸盐浆液所得的饱和度资料，可供分析上述问题时参考。

化学灌浆一般采用定量灌注方法，而不是灌至不吃浆为止。灌浆结束后，地层中的浆液往往仍具有一定的流动性，因而在重力作用下，浆液可能向前沿继续流失，使本来已被填满的孔隙重新出现空洞，使灌浆体的整体强度削弱。

不饱和充填的另一个重要原因，是采用不稳定的粒状浆液。这类浆液如果太稀，而且灌浆结束后浆中的多余水不能排除，则浆液将沉淀析水而在孔隙中形成空洞，室内研究和现场灌浆都确证了这种现象的存在。

有两种措施可用来防止上述有害现象

(1)当浆液充满孔隙后，继续通过钻孔施加最大灌浆压力。有些学者认为，浆液在孔隙或裂隙中的排水过程很象图3-13-29所示的模式，浆中多余水能靠灌浆压力P得到排除；有人则持相反的看法。认为在灌浆的后期阶段浆液已具有甚低的渗透性，尤其在前沿部位，而且在最大灌浆压力作用下的并浆时间一般不超过60mm，故其排水效果不会太好。

（2）采用稳定性较好的浓浆。使浆液不靠外力的固结排水作用，就能使浆液凝固后的体积达到或接近图3-13-29中Vc/Vs=1的曲线。如果这种浓浆粘度太高而影响对较细孔隙的可灌性时，则可在浆液中掺入适当的流动剂。

（3）待已灌浆液达到初凝后，设法在原孔段内进行复灌，以弥补因沉淀析水形成的空隙，用适当的化学浆液复灌将会收到更佳的效果。

3.时间效应

时间效应对强度也有重要的影响，主要表现在下述几方面∶

（1）许多浆液的凝结时间都较长，被灌介质的力学强度将随时间而增长。这是有利的一面。但在利用这一效应时要兼顾两方面的需要∶有时为了使加固体尽快发挥作用而必须缩短凝结时间；为了维持浆液的可灌性则要求适当延长浆液的凝结时间。

（2）许多浆材都具有明显的蠕变性质，浆材和被灌介质的强度都将受加荷速率和外力作用时间的影响，进行地基灌浆的设计、施工和试验研究时，都应考虑这一不利的因素。

（3）浆液搅拌时间过长或同一批浆液灌注时间太久，都将使加固体的强度削弱。